微破裂四维向量扫描压裂裂缝监测技术

静听地球脉动、透视储层变化微破裂四维向量扫描压裂裂缝监测技术内容一、前言二、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术--方法原理三、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术--工艺流程四、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术--监测成果五、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术--解决问题六、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术--指导意义七、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术--在海洋石油开发中应用微破裂四维向量扫描影像监测技术属于油藏地球物理的范畴，是运用无源地震的微地震三分量数据，进行多波（纵波和横波）振幅属性分析，并采用相关体数据计算处理方法，得出监测期内各时间域三维空间体地下储层岩石破裂和高压流体活动释放的能量分布情况。微破裂四维向量扫描影像监测技术主要应用于人工压裂裂缝的监测和区域油藏的注水前缘和剩余油藏的监测。另外在国外也应用于小断裂构造的勘探中。本技术2009年4月参加了国内SEG地球物理年会。在国内属于高新技术。2008年该技术在中石化作为部级科技先导项目，2010年参加由大庆油田采研院组织的部级科技项目，均取得了良好的应用效果。一、前言一、前言“四维”的定义----三维空间域和一维时间域汶川8.0级地震位于龙门山断裂带，破裂时间88秒，破裂长度216km时间2D能量切片图时间3D能量数据体一、前言A、技术思路二、微破裂四维向量扫描影像技术方法微破裂四维向量扫描影像裂缝监测技术是通过在监测区近地表布置12套数据采集站系统形成采集仪器阵列，共同接收地下油储层液体流动压力引起的岩石微破裂所产生全体体波--纵波(P波)和横波(S波)；利用多波属性分析、相干振幅体向量叠加扫描、三维可视化技术、描述裂缝三维形态。并通过仪器内置GPS卫星授时系统，在时间域上解释裂缝的演变过程。监测数据运用美国GEOIMAGE地像资料处理系统,得到一维时间域和三维空间域的四维成果资料。单井压裂监测12套采集站的地面摆布方式单台采集站距离压裂井至少一KMB、监测采用的软硬件--数据采集站阵列二、微破裂四维向量扫描影像技术方法数据采集仪器阵列:由12套四维（4D）数据采集站系统分布在监测区形成采集仪器阵列。每套系统包括：三分量检波器、四维（4D）数据采集站、GPS接受机、电源组。三分量检波器的内视图，每个轴向有5个单元，每单元灵敏度为33V/m/s.B、监测采用的软硬件--美国GEOIMAGE地像处理系统二、微破裂四维向量扫描影像技术方法系统主要由数据预处理软件(CONVERSION)、微破裂能量扫描软件（FERT），以及微破裂定位及反演物理模型软件系统（MV）。此外，还有系列支持软件，如：使用人工叠前地震反演速度模型的软件系统（Git-Seis2D/Git-Seis3D）；微地震监测野外采集站观测阵列设计软件（Git-SeisFem2D/Git-SeisFem3D）;三维裂缝破裂及应力应变状态的分析软件（Git-SeisFM）等A、微破裂产生纵、横地震波机制二、微破裂四维向量扫描影像技术原理1、根据摩尔-库伦摩擦定律，地下储层由于高压流体的注入，使孔隙流体压力提高，造成岩石张性裂缝和剪切裂缝两种岩石微破裂形式。“大部分岩石破裂是以剪切为主附加拉张的混合破裂”《油气田勘探开发中的微震监测方法》朱广生编著2、根据断裂力学准则，当应力强度因子大于断裂韧性时，裂缝发生扩展。地层压力增大会诱发微地震，其优先发生在原有的裂缝上并向外扩展。3、岩石微破裂形成一系列向四周传播的微震波--纵波(P波)和横波(S波)。同时纵波在非法向方向传播过程中又将产生转换横波。B、纵、横地震波的传播路径和特性二、微破裂四维向量扫描影像技术原理微破裂产生的纵横波(P/S)波传播路径P(X,Y,Z,t0)ABCDEFtitn…地面采用的三分量检波器方向示意B、纵、横地震波的传播路径和特性二、微破裂四维向量扫描影像技术原理22122111sinsinsinsinssppVVVV纵横波波形特性：纵波：具有振幅小、速度较快的特点。横波：具有振幅较大、速度较慢的特点。在离开震源的相同距离，横波振幅高于纵波振幅3-5倍。PSC、资料处理方法（相关体计算）参见《微破裂向量扫描技术原理》二、微破裂四维向量扫描影像技术原理在地表观测微破裂地震波，由于地层高频滤波和信号衰减作用及强背景噪音等原因，监测信号无法识别微破裂产生的纵横波的准确到时和微破裂高频有效信号。运用微破裂矢量叠加网格扫描技术，在时空上即可辨别出破裂产生的方位及形态。其具体方法是：1）选定需监测的空间三维立方体范围(如距井中心X1000M*Y1000M*Z3000M)，其顶面为地表最高点海拔的平面,监测的目的层为对应Z坐标距顶面的深度值。同时按一定网格（如10M*10M*10M）将空间体划分为多个扫描单元。2）根据声波测井资料计算出空间体的各扫描单元网格节点的地震波（纵、横波）速度。3）进行射线追踪，计算出各网格节点到地面各检波点的射线方向（入射角方位与倾角）和最小旅行时值。C、资料处理方法（相关体计算）二、微破裂四维向量扫描影像技术原理4）对每一采集站记录取特定时间窗口w，扫描单元网格节点K经射线追踪确定到地表某采集站的入射角，将三分量信号旋转到入射矢量方向，形成矢量场波动方程。矢量迭加K点到所有采集站记录的信号振幅的平方f，并使用归一化因子F,即得出k点的破裂辐射能量S(k)。矢量能量叠加后，随机噪音将被消弱。有用信号将被增强，从而“提取”出k点的破裂能量。FfkSwMiijc21)(2/2/12)(NkNkMiijfMNFC、资料处理方法（相关体计算）二、微破裂四维向量扫描影像技术原理5）能量辐射扫描定位，求出目标空间体内各扫描单元的网格节点的能量值，并进行节点间的相关体计算，利用能量最大值的空间分布及能量的梯度变化对地下破裂点定位。6）利用归一因子F消除仪器本身噪音和不同的时窗的差别，以便不同长短时段的输出能量比较。经归一因子计算后S(k)物理意义就是单位台站、单位采样间隔点的破裂释放能量。归一计算后本套仪器监测地下能量值与天然地震震级的对应关系:M=0.873*LgA+2.187二、微破裂四维影像技术核心及精度分析1、技术核心1、多波多分量数据采集技术：采用高采样率、宽频带、连续记录、宽动态范围的三分量检波器采集站进行微地震纵横波信号采集（180个检波器）。2、矢量叠加网格扫描技术：采用美国GEOIMAGE处理系统，通过相干体计算，进行振幅能量扫描，确定地质体内部的能量分布和能量梯度变化，判断破裂方位及几何形态。3、三维可视化解释技术：通过3D空间的立体显示,使地质解释工作更加直观简单准确。2、监测精度分析纵波速度从地表到2Km大致为1.5到2.５km/s。微震的频率范围一般为（10Hz，40Hz）。那么，纵波最小纵向分辨率的长度为:由于横波最小纵向分辨率会更低7.2m。另外，由于横波的振幅较大，受背景噪音影响较小，全波接收监测计算成果稳定、可靠。mmfpV4.124/40/20004/max/4/min21)1(2spVV25.073.1/spVV二、微破裂四维影像技术核心及精度分析2、监测精度分析巴18-2水平井压裂11：28分深度1455米能量分布切片图巴18-2水平井压裂11：28分深度1455米裂缝分布图二、微破裂四维影像技术核心及精度分析2、监测精度分析巴18-2水平井压裂11：29分深度1455米能量分布切片图巴18-2水平井压裂11：29分深度1455米裂缝分布图二、微破裂四维影像技术核心及精度分析A、野外采集数据部分按监测设计方案，根据GPS卫星定位仪的引导，在野外找到12个仪器系统放置点。按监测施工要求，即远离井场（大于100米）和高压输电线路（大于50米）等噪音源，调整各放置点仪器监测系统的具体位置。按埋置三分量检波器要求，即深度大于1.5米和三分量北、东方位角度正确。在12仪器放置点各放置一套监测仪器系统。仪器操作员调整仪器参数，连接电源电池和三分量检波器、GPS卫星授时定位信号线缆，启动监测软件，监测开始。资料员在仪器监测过程中要及时填写原始记录。及时收集油藏注水生产制度改变相关资料。三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程数据采集技术流程三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程1）野外采集站的布置/2maxmax)5.17.0(hx2）、12台采集站的仪器阵列的连接运用Convertion软件组合各采集站数据成为采集数据道集，将所有数据以SEG-Y格式排列并统一显示。虽然每个台的监测过程是独立的，但通过GPS授时（格林威治时间）进行同步。三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程资料处理技术流程初始数据组织与格式转换：运用CONVERSION软件将12台采集站数据转换为SEG-Y标准地震资料格式。创建FERT数据库：输入区域速度模型文件；输入各采集站坐标信息；选择采集站及SEG-Y记录数据。资料预处理：选择预处理微地震4D连续记录数据的时间段；选择纵波或横波的速度模型；选择滤波方式。微破裂能量释放扫描：走时文件的建立，参数选择；能量叠加计算，形成各时间段的4D能量扫描数据体。三分量微地震4D连续记录数据显示，进行道编辑.区域速度模型建立，运用射线追踪创建旅行时表.三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程B、资料处理部分处理软件主界面数据格式转化界面数据排序界面数据检查界面按1小时转换数据按1分钟转换数据按10分钟转换数据数据编辑界面数据删除低信噪比采集道界面750m900m2200m2200m700*700m原点计算处理原点及旅行时范围输出台站文件建立速度模型产生P波速度产生S波速度产生旅行时文件速度模型的建立与验证，确定处理数据深度范围运用压裂井的声波时差测井曲线数据，建立压裂井区域的速度模型，其模型大小为：X(N):0-3000米，代表南北范围Y(E):0-3000米，代表东西范围Z(D):0-1220米，代表垂直井深在正式数据处理计算前，需对速度模型进行验证。三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程速度模型的建立与验证，确定处理数据深度范围选取过井筒破裂位置左图X(N)=400处，沿图中红线东西向作垂深0-1220米能量切片右图。可知地面噪音较强，需屏蔽噪音源在900-1220米作相关对比分析。三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程能量聚焦92-100%之间，图中强能量归位集中到垂深1150-1220米范围，说明速度模型正确。同时确定处理数据垂深1150-1220米。压裂层加载各时间段三维能量数据体，确定主要解释层段。按“1分钟”10M扫描单元为单位将监测期内三维数据体主要解释目的层输出时间切片二维图。对能量值高的时段再以“1分钟”为单位进行数据再处理,生成若干“1分钟”扫描单元5M三维子数据体。在解释层段和时间段锁定“聚焦”。在锁定“聚焦”的每个“1分钟”扫描单元5M的三维能辐射数据体上，选定能量输出范围或进行梯度计算,生成每个“1分钟”扫描单元5M的三维裂缝数据体。.在扫描单元5M的每分钟的三维裂缝数据体输出时间裂缝切片分布图,判断裂缝形态和走向,进行精细解释和组合，编制裂缝发育图可视化解释技术流程三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程C、资料解释部分压裂裂缝解释准则—1、释放能量与裂缝的关系2）、破裂影响带：由破裂能量输出，裂缝带是由高能量值及较高能量梯度值限制的区域（裂缝最大范围）。其余的在裂缝最大范围外的较高能量值区域统称破裂影响带；3）、裂缝产生特性：裂缝的产生与扩展总是有间歇的，能量有一个积累的过程。尽可能在压裂完成后延长观测时间，获得压裂裂缝总体空间分布。1）、裂缝主体或轮廓：在裂缝的破裂产生过程中，从空间上看，较大或密集破裂引起了较高的破裂能量释放，而在其终端与周边，这个能量通常急剧地降低。即相对高的能量梯度包络区即是裂缝的主体或轮廓。三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程压裂裂缝解释准则—2、岩石破裂演变过程1）岩石脆性破裂过程分为四个阶段：①岩石内裂隙闭合阶段，岩石载荷导致岩石内原有微裂隙闭合。②弹性变形阶